По мнению ученых Корнеллского медицинского колледжа Вейла (Weill Cornell Medical College), поврежденные или больные органы можно восстановить трансплантацией не донорских органов, а клеток кровеносных сосудов. Результаты их исследования, опубликованные в журналах Stem Cells и Developmental Cell, свидетельствуют о том, что эндотелиальные клетки кровеносных сосудов являются мощными биологическими механизмами, управляющими регенерацией тканей посредством высвобождения органоспецифических молекул.

Сосуды каждого органа обладают уникальной формой
и функцией и в постоянном режиме решают сложную
задачу соответствия метаболическим потребностям
своего органа. (Фото: Norman B/Shutterstock)

Исследователи расшифровали весь объем активных генов эндотелиальных клеток, найдя сотни известных генов, которые никогда не связывались с этими клетками. Кроме того, они пришли к выводу, что структура и функции кровеносных сосудов и качественный состав секретируемых ими молекул репарации определяются самими органами.

Устраняя повреждение и восстанавливая функцию, эндотелиальные клетки и органы, в которые они пересажены, работают сообща, объясняет руководитель исследования Шахин Рафии (Shahin Rafii), MD. «Если орган травмирован, его кровеносные сосуды не могут самостоятельно устранить повреждение, потому что они сами, возможно, повреждены или воспалены».

«Наша работа показывает, что инженерные эндотелиальные клетки могут прижиться в поврежденной ткани и приобрести способность к восстановлению органа», – продолжает доктор Рафии. «Эти исследования – в комплексе с первым атласом молекул органоспецифических клеток кровеносных сосудов, представленным в статье в Developmental Cell, – открывают перед нами целую новую главу в трансляционной сосудистой медицине и найдут широчайшее терапевтическое применение. Ученые считали кровеносные сосуды всех органов одинаковыми, а их единственной функцией – доставку кислорода и питательных веществ. Но они очень разные, и каждый орган наделен кровеносными сосудами с уникальной формой и функцией, решающими сложную задачу соответствия метаболическим потребностям именно этого органа».

Ученые изучили девять различных тканей в состоянии гомеостаза – устойчивого, здорового состояния, – а также печень и костный мозг, восстанавливающиеся после травматического повреждения. Получив чистые популяции эндотелиальных клеток этих тканей, они смогли идентифицировать все гены этих клеток, экспрессирующиеся в различных популяциях. Оказалось, что эндотелиальные клетки обладают тканеспецифическими генами, кодирующими уникальные факторы роста, молекулы адгезии и факторы, регулирующие метаболизм. Кроме того, регенерация ткани в печени и в костном мозге протекала по-разному – включая различия в молекулах репарации, известных как ангиокринные факторы роста, экспрессируемых эндотелиальными клетками.

«Мы знали, что эти генные продукты имеют важнейшее значение для здоровья конкретной ткани, но до нашего исследования никто не думал, что источником этих факторов являются эндотелиальные клетки», – говорит ведущий автор статьи в Developmental Cell доктор Даниэль Нолан (Daniel Nolan).

«В разных органах – разные кровеносные сосуды, потому что эндотелиальные клетки должны постоянно адаптироваться к метаболическим, биомеханическим, воспалительным и иммунологическим потребностям конкретного органа», – поясняет доктор Майкл Гинсберг (Michael Ginsberg), постдокторант лаборатории доктора Рафии.

Эти открытия ставят вопрос о том, как эндотелиальные клетки адаптируются к биологическим потребностям каждого органа. И можно ли создать «незрелые» эндотелиальные клетки, которые можно «научить» изменять свою специализацию под воздействием факторов микросреды?

Вести себя как универсальные эндотелиальные клетки, которые можно обучить функционировать так, как это делают клетки органоспецифических кровеносных сосудов, могут эндотелиальные клетки, полученные из эмбриональных стволовых клеток, предположили ученые. Это предположение блестяще подтвердилось: из эмбриональных стволовых клеток мыши были получены функциональные, трансплантабельные и отвечающие на сигналы микросреды эндотелиальные клетки.

Эндотелиальные клетки, полученные из эмбриональных стволовых, «являются универсальными, и поэтому они могут быть пересажены в различные ткани, могут «обучаться» тканью и приобретать свойства нативных эндотелиальных клеток», объясняет старший автор статьи, опубликованной в Stem Cells, доктор Сина Раббани (Sina Rabbany).

Трансплантированные в печень мышей универсальные эндотелиальные клетки, полученные группой доктора Раббани, стали неотличимы от собственных эндотелиальных клеток органа. То же самое произошло, когда клетки были пересажены в почки.

«Эти наивные эндотелиальные клетки приобретают фенотип – молекулярный профиль и сигнатуру – нативных эндотелиальных клеток в результате воздействия уникальной микросреды конкретного органа», – комментирует доктор Гинсберг. «Пересаженные эндотелиальные клетки обучаются уникальной биофизической микросредой органа, в которую они помещены. Они трансформируются в эндотелиальные клетки, которые принадлежат этому органу и которые могут его восстановить».

«Если у вас заболевание сердца и вам необходимо восстановить кардиомиоциты, находящиеся в сердце эндотелиальные клетки секретируют специфические факторы, позволяющие восстановиться именно сердцу», – дополняет коллегу доктор Раббани.

Прежде чем к тестированию трансплантации эндотелиальных клеток смогут перейти врачи и ученые-клиницисты, необходимы дополнительные доклинические исследования, но, по мнению доктора Рафии, терапевтический потенциал этой методики по истине безграничен.

«Их можно использовать как троянского коня для блокирования опухолевого роста, а также модифицировать так, что они смогут переносить токсичные химические вещества. Они могут стать биологическими многофункциональными крылатыми ракетами, нацеленными на больные органы», – считает ученый. «Наша работа только начинается».

Оригинальные статьи: Molecular Signatures of Tissue-Specific Microvascular Endothelial Cell Heterogeneity in Organ Maintenance and Regeneration

"Akt suppression of TGFβ signaling contributes to the maintenance of vascular identity in embryonic stem cell-derived endothelial cells